含根量对原状与重塑草根加筋土强度影响的试验研究

用室内三轴试验方法研究了原状和重塑草根加筋土的强度特性,分析含根量对土体强度的影响,并对二者强度的差异进行量化描述。试验结果表明：对于原状草根加筋土,含根量的增加对内摩擦角基本无影响,但可提高土体黏聚力,并且黏聚力先增加再基本保持不变;对于重塑草根加筋土,存在最优含根量使其强度最高,并且该值与围压相关,随围压的增大,该值增加;重塑草根加筋土的含根量是原状土的4~6倍时,二者土体破坏时的主应力差值基本相等。

含根量与土壤抗剪强度增加值关系的试验研究

通过对裸地、车桑子灌木林地不同深度土壤在天然含水量情况下的直剪试验,及对车桑子根系沿垂直方向的分布情况的调查,研究了含根量对非饱和土抗剪强度的影响。结果表明,植物根系具有提高非饱和土抗剪强度的作用,含根量沿垂直方向呈指数函数规律分布,黏聚力和内摩擦角沿垂直方向的增加值均与含根量成正相关关系。

生态护坡中土壤含根量与抗剪强度关系试验研究

通过对加入草本植物狗牙根根系的根土复合体进行直接剪切试验,研究在不同含根量和在不同垂直压力情况下根土复合体抗剪强度变化情况。结果表明,狗牙根根系具有提高土体抗剪强度的作用,根土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量区域。

根系种类和含根量对土体强度及边坡稳定性影响

为研究边坡表层根土复合体对边坡稳定性的影响,通过室内三轴试验研究了重塑草根加筋土强度特征。选择3种常见的植物根系,分析根系种类和含根量对土体强度的影响,并基于三轴试验结果建立考虑草根加筋作用的边坡有限元分析模型,研究不同植物根系种类和含根量对边坡稳定的影响。试验结果表明:根土复合体试样应力-应变关系呈应变硬化型,随着试样含根量的增加,试样破坏应力显著上升;草根的存在虽对土体内摩擦力影响较小,但可显著提高土体黏聚力;根系配比对根土复合体强度加固效果有重要影响。数值模拟结果表明:表层根土复合体的存在可以延缓边坡表面水平位移的发展,延缓边坡进入塑性的趋势,有利于增强边坡的稳定性。

含根量对秋枫根-土复合体抗剪强度的影响

为研究含根量对秋枫(Bischofia javanica)根-土复合体抗剪强度的影响,利用纵剖面法探究了秋枫根面积比沿土层深度的分布规律,基于根面积比的分布范围,分别对7级不同根面积比梯度的重塑垂直根-土复合体试样在4级正应力下进行了改进的大盒直剪试验,定量探究了不同含根量对土体抗剪强度的影响,分析了根-土复合体黏聚力和内摩擦角的变化规律。结果表明:相比于素土,秋枫根-土复合体抗剪强度的增幅为1%~25%;在相同根面积比情况下,根-土复合体抗剪强度随正应力的增大而增高,但其增长幅度却相应减小;随着根面积比的增大,根-土复合体抗剪强度呈现先增高后降低的趋势,存在最优含根量使根-土复合体抗剪强度达到最大值。4级正应力下的峰值抗剪强度值分别为100,121,136,142 kPa,对应的根面积比均为0.20%;当根系含量超过最优含根量时,根-土复合体抗剪强度出现了较大幅度的衰减,衰减率与正应力有关,正应力越大,衰减幅度越小;根面积比对根-土复合体抗剪强度指标的影响主要体现为黏聚力的改善,而对内摩擦角的影响较小。研究结果可为秋枫根系固土稳坡提供一定的理论依据,对进一步认识乔木根土相互作用具有积极意义。

含根量对根-土石复合体的抗剪强度影响试验初探——以垂丝海棠为例

根据现场剖面得到垂丝海棠根系沿土层的分布规律,基于数字图像处理技术量化剪切面上的含石量,结合现场根面积比和含石量的分布特征,分别在50,100,150,200k Pa四级正应力下进行改进的直接剪切试验,探究不同含根量对根-土石复合体抗剪强度的影响,分析根-土石复合体黏聚力和内摩擦角的变化规律。结果表明:(1)土石混合体抗剪强度随含石量的增大而增高,在同一正应力下,土石混合体抗剪强度变化幅度随含石量的增加呈现由缓到陡再到缓的变化规律;(2)垂丝海棠根系可提高根-土复合体、根-土石复合体的抗剪强度,二者的抗剪强度随着根面积比的增大均呈现先增高后降低的趋势,且均在根面积比为0.2%时达到最大值;(3)当含石量为30%时,含根量的变化对根-土石复合体的抗剪强度影响不大,根系主要起阻裂和增强作用;当含石量为50%时,在根面积比为0.2%时抗剪强度有明显增长,且在剪切过程中,根系附近的块石产生绕根弧形滑移,部分块石出现挤压破损现象;(4)根-土石复合体的抗剪强度符合库伦强度准则,其内摩擦角主要受含石量控制,随着含石量的增大,内摩擦角也相应增大;黏聚力主要受含根量控制,黏聚力随着根面积比的增加呈现先增大后减小的趋势,且在根面积比为0.2%时达到最大值。研究结果有助于进一步认识根系与土石混合体之间的相互作用,同时为植物加固土石混合体浅表层边坡提供一定的理论依据。

基于分形理论的香根草根系护坡力学性能分析

为了定量评价香根草根系护坡效果,该研究以不同生长期的香根草为对象,基于植被生态学和分形理论获取根系形态参数指标,分析根系分形维数与生长期间演化规律。通过室内三轴试验研究不同含根量和根系分布方式对根土复合体抗剪强度的影响,分析根土复合体黏聚力和内摩擦角与根系分形维数间关系,并建立考虑香根草根系分形维数的边坡稳定性系数模型。结果表明:香根草根系数量和含根量与根系分形维数基本呈线性关系,而根系表面积与根系分形维数呈对数关系,三者均随根系分形维数增多而增大,但增幅均逐渐减小。含根量由0增加至1.0%时,根土复合体黏聚力、内摩擦角分别提高了72.0%和6.9%,含根量对黏聚力影响较大。不同根系分布方式对边坡稳定性影响能力由小到大依次为竖向、倾斜、相交和混合分布,同素土边坡相比,相交和混合分布根系的边坡稳定性系数分别提高了14.7%和15.8%,含根量为1.0%时,相交分布根系的边坡稳定性系数提高了28.4%。根系分形维数与边坡稳定性系数呈线性关系,利用根系分形维数能够评价边坡稳定性。研究结果可为香根草护坡工程提供参考。

石质陡边坡薄层含根土体抗剪强度试验研究

通过对模拟的石质陡边坡薄层含根土壤在饱和含水率情况下的直剪试验,研究了含根量对不同深度饱和土壤抗剪强度的影响。分析结果为:对于石质陡边坡薄层土体,植物根系具有提高饱和土体抗剪强度的作用;含根量的变化对土壤黏聚力有很大影响,对内摩擦角影响相对较小;土壤的深度不同,植物根系对土壤抗剪强度的作用效应大小也有所不同。

刺槐根土复合体抗剪强度试验

植被边坡的稳定性与其根土复合体的抗剪强度密切相关,其主要受根系作用与水分作用的影响。通过直剪试验和SWCC试验获取了含根量和含水率与抗剪强度及其指标的关系,推导出根土复合体的强度计算模型。结果表明:刺槐根系能显著增强土体抗剪强度,黏聚力随含根量的增加先增大后趋于平缓,内摩擦角随含根量的增加有所增大,但增长幅度较小;抗剪强度随含水率的增大迅速降低,黏聚力与内摩擦角变化趋势与抗剪强度一致,内摩擦角变化幅度较小;含根量与含水率对土体抗剪强度的影响均体现在黏聚力的变化上;将根土复合体视为含根非饱和土,推导出根土复合体强度计算模型,强度模型的计算值与试验实测值较为接近,对于根土复合体的强度计算有一定的参考价值。

西宁地区黄土边坡植被根系协同护坡试验及模拟研究

为了研究西宁地区根系在常温和冻融下随含根量的增大对土体是否具有增强作用,选取原状黄土和三种植物根系(披碱草、华北米蒿和锦鸡儿)作为试验对象进行直剪试验,研究三种试样与原状黄土相比抗剪强度、内摩擦角和黏聚力的变化情况,并通过ABAQUS软件模拟研究试样的等效塑性应变在加固区域的规律。冻融下,三种试样随含根量的增大抗剪强度和黏聚力与土体相比均明显增大;常温下,三种试样在内摩擦角或黏聚力上均有最优含根量且对土体都有增强作用。通过有限元模拟得到的等效塑性应变图可知,黏聚力和内摩擦角均对等效塑性应变的大小有影响。

根—土复合体强度及其非线性特性试验研究

[目的]研究根—土复合体的非线性破坏准则,并结合不同含根量(G=0.12%,0.24%,0.36%)、不同含水率(w=13.22%,16.22%,19.22%)条件下根—土复合体强度,开展根—土复合体非线性特性研究,为生态水土防治工作提供科学参考。[方法]采用GDS三轴仪开展了根—土复合体的固结不排水三轴试验,获得根—土复合体应力—应变曲线及抗剪强度指标。[结果]素土与根—土复合体应力—应变关系曲线为硬化型。含根量与根—土复合体峰值强度成正比关系,但含水率对其峰值强度的影响表现出反比关系。当G=0.36%时,根—土复合体峰值强度的最大增幅为70.1%;当w=13.22%时,根—土复合体峰值强度最大增幅为86.7%。根—土复合体非线性破坏准则在正应力低于临界应力时呈非线性,在正应力高于临界应力时呈线性。c,k为根—土复合体非线性破坏准则中描述根系作用的关键参数,其中c与含根量和含水率均成正比关系,c越大,根系对根—土复合体强度的贡献程度越大;k与含根量成反比,与含水率成正比,k越小,根—土复合体强度包线的非线性化特征越明显。[结论]含根量(G)和含水率(w)对根—土复合体强度有显著影响。素土与根—土复合体的应力—应变关系曲线均呈硬化型,且根—土复合体的硬化程度明显高于素土,表明根系的加入能够同时增大土体的强度和刚度。

三种护坡植物根-土复合体抗剪强度比较

以紫穗槐、胡枝子及狗牙根根系及其与土壤构成的根—土复合体为研究对象,通过对根—土复合体的室内直剪试验,比较分析了不同物种根系和不同含根量对根—土复合体的抗剪强度的影响。结果表明,根系的存在提高了土体的抗剪强度,根—土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根—土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量范围;与无根扰动土相比,根—土复合体内摩擦角无显著变化,但显著提高了黏聚力,其中紫穗槐、胡枝子、狗牙根黏聚力平均增幅分别为47.5%,39.2%和38.9%;紫穗槐、胡枝子和狗牙根根—土复合体对土壤的抗剪强度影响不同。在水土流失区种植乔灌木物种能有效增加坡体稳定性,降低土壤侵蚀。

草本植物根系对高液限土的加固效应

[目的]探索草本植物根系对高液限土的加固效应,为工程中合理预估植物根系在高液限土质边坡防护中的作用提供依据。[方法]以高羊茅根系及其与高液限土壤构成的根—土复合体为研究对象,通过一系列室内直剪试验分析高液限土含水率和含根量对抗剪强度的影响。[结果]在土样中掺加根系可以显著提升其黏聚力,小幅提升其内摩擦角。根系对土体的加固效果随着含水率增加呈现先上升后减小的趋势。不同含水率梯度下根—土复合体的最优含根量有所区别,对于20%和25%含水率的土样,其最优含根量大致在0.3%附近,对30%含水率土样在0.4%附近,对35%~45%含水率土样在0.5%附近。[结论]草本植物根系可以有效抑制高液限土的水敏性,且在不同含水率梯度下根系发挥的作用差异显著。

生态护坡中根系对土体抗剪强度的试验研究

通过采用直剪试验来探究植物根系对土体抗剪强度的影响.通过根系含量、含水率对重塑粉质粘土抗剪指标的影响规律,得出以下结论:(1)根系加筋土的抗剪强度明显大于素土,并且在含根量0.2%-0.3%含水率9%黏聚力增加显著,说明根能起到加筋作用,能够用来约束土体变形增加抗剪强度.(2)加根对于内摩擦角变化幅度不大,说明根对内摩擦角影响较小.(3)通过拟合曲线可知在一定条件下,黏聚力和含根量呈正相关,呈一次线性分布;黏聚力和含水率呈先增大后减小的趋势,即存在最优含水率.

根系参数对根土复合体抗剪力学特性的影响

河岸带土体的抗剪力学特性是评判河岸稳定的关键因素。为了研究黄河源区河岸带的根系参数对土体抗剪力学特性的影响,以华扁穗草为试验材料,通过开展不同根长和含根量的重塑根-土复合体直剪试验,分析根长和含根量对抗剪强度指标的影响。试验结果表明:植被根系能够显著提高土体的抗剪强度,当含根量从3%增至24%时,根长为2、4、6 cm的根-土复合体分别在含根量为15%、18%和21%时达到抗剪强度峰值,分别为23.78、21.44、21.75 kPa;根土复合体的黏聚力值较素土分别增加了19.2、16.9、17.2 kPa;根-土复合体内摩擦角的最大值对应的含根量分别为15%、12%和15%;当根-土复合体中含根量小于9%时,根长越长,根系增强土体黏聚力的效应越强。

植物根系对浅层边坡稳定性的影响研究

为了解植物根系对浅层边坡稳定性的影响,通过室内剪切试验得到根土复合体的抗剪强度指标,采用无限边坡理论,考虑植物根系是否穿过滑裂面两种情况,分析含水率、含根量、边坡坡度对浅层边坡稳定性的影响。结果表明:根系没有穿过滑裂面时,对边坡稳定性影响很小,若考虑根系的加筋作用则会高估其对边坡稳定性的影响;根系穿过滑裂面时,可以提高土体的抗剪强度,从而增强边坡的稳定性、提高边坡稳定系数,当含水率为16%时其稳定系数增幅最大、含水率为18%时增幅最小,因此在植物护坡工程设计中应找到最优含水率,以满足稳定性要求和促进植物的生长。

三叶草根—土复合体抗剪切强度试验研究

本文以三叶草为样本,研究其含根量分别为0.0 g/60 cm3、0.1 g/60 cm3、0.3 g/60 cm3、0.5 g/60 cm3、0.7 g/60 cm3和1.0 g/60 cm3的根—土复合体抗剪切强度,试验中对三叶草根-土复合体进行了法向应力分别为100 kPa、200 kPa、300 kPa及400 kPa下的抗剪强度。结果表明:三叶草根系增加了土体的抗剪强度;根—土复合体在同一含根量下,其抗剪强度均随着法向应力的增加而增加;在同一法向应力下,随着含根量的增大,根—土复合体的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角均呈现出先增大后减小的趋势,均在含根量为0.5 g/60 cm3时出现最大值。三叶草含根量为0.5-0.7 g/60 cm3时护坡效果最好。

公路路堤生态边坡植被根系加筋效应的三轴试验研究

采用常规静三轴不固结不排水试验来探究边坡植被根系含量和压实度对重塑非饱和粉质粘土抗剪强度指标的影响规律.通过试验结果分析得出以下结论:(1)通过加筋土与素土对比,素土与加筋土的应力应变曲线趋势走向相近,且都呈现出硬化现象而无明显破坏峰值,说明加筋土也符合莫尔库伦强度准则.(2)加筋土的抗剪强度较素土有明显的增大,且加筋土的粘聚力随着试样中根含量比重的增加而增大,说明草根可以通过与土体相互作用约束土体的侧向变形起到加筋的效果.(3)在同一压实度条件加筋土相对素土内摩擦角变化很小,说明草根对土体的内摩擦角影响较小.(4)在含根量一定条件下,试样抗剪强度随着压实度的增大而大幅度提升,且加筋土比素土粘聚力增大幅度要大,压实度提高可以增大边坡的稳定性.(5)植被根系的加筋作用可以弥补浅层土体压实度不足,达到提高浅层边坡稳定性的效果.

基于新型拉伸装置的根-土复合体抗拉强度

为了研究植物根系在阻止边坡土体开裂中的作用机理,通过自主研制的一套单轴拉伸试验装置(由加载模块、数字控制模块、数据采集模块、制样模具4部分组成,可准确地获取测试材料的全过程位移-拉应力关系曲线和抗拉强度)定量地研究根系对土体抗拉强度的增强作用.使用所研制的拉伸装置开展了不同含根量下灌木植物胡枝子根-土复合体的直接拉伸试验,分析根-土复合体的拉伸破坏机理,试验结果表明:素土的位移-拉应力曲线表现为单峰型,而根-土复合体的曲线表现为双峰型;随着含根量的增加,根-土复合体的抗拉强度呈非线性增大特征,相较于素土增加28.01%~142.15%;根-土复合体的抗拉强度可用本文提出的计算模型进行估算,当含根量为1~3根时平均误差为12.12%.胡枝子根-土复合体的拉伸破坏过程可以分为4个阶段:应力增加阶段、土体破坏阶段、应力再增加阶段和根系滑移阶段,且根系主要在第一阶段和第三阶段起到贡献作用.

生态护坡中根系对土体抗剪强度的影响

在护坡工程中,植被发达的根系能对边坡土体产生一定程度的加筋作用,从而可提高边坡的浅层稳定性。为探究植物根系对土体抗剪强度的影响,采用常规三轴不固结不排水试验,测定不同含根量、含水率对重塑粉质黏土抗剪指标的影响,结果表明:①根土复合体与素土的应力-应变变化趋势相同,说明摩尔-库仑强度准则同样适用于根土复合体,其不同主要体现在黏聚力大小上;素土和根土复合体均大约在轴向应变2%处出现主应力差峰值,然后逐渐趋于破坏。②根土复合体的抗剪强度明显大于素土,并且在含水率为9%时黏聚力增加显著,说明根能起到加筋作用,能够用来约束土体变形、增加抗剪强度。③在一定条件下,黏聚力和含根量成线性正相关关系;黏聚力和含水率对数成反比关系,即在一定条件下随着含水率增大,黏聚力降低。通过拟合得到根系加筋效应公式τ_f=c+σtan φ=c_0+a+bx+σtan φ,只要给定含水率和含根量,就能初步计算出抗剪强度。